電廠飛灰與氣化飛灰性質的研究

陶然

摘 要：分別采集電廠飛灰DC與氣化飛灰QH，通過比較它們的灰化學組成、粒度分布和微觀形貌特征來研究理化性質上的差異。結果表明：電廠飛灰和氣化飛灰的硅、鋁、鐵、鈣等元素含量差異較大，兩種飛灰均為表面光滑的球狀顆粒，且在大顆粒表面吸附著眾多的小顆粒，但電廠飛灰的粒度大于氣化飛灰。

關鍵詞：電廠;氣化;飛灰

Abstract：Gather coal gasification fly ash and power plant fly ash.Compare their chemical composition，particle size distribution and SEM images to study the differences bewteen power plant fly ash and coal gasification fly ash.The study results showed that，Si，Al，Ca，S elements content in the two kinds of fly ash are different.The two kinds of fly ash are both spherical particle shape.Large particle fly ash surface adsorption smaller particles.In addition，the particle surface was relatively smooth.The particle size of DC fly ash is greater than the QH fly ash.

Key words：power plant;gasification;fly ash

飛灰是煤在高溫燃燒的過程中煤中的礦物質經過復雜的物理和化學反應后留下的主要產物，飛灰的形成主要是由于溫度的影響，同時也會因不同反應過程中的動力學因素而有所不同[1-3]。燃煤電廠利用磨煤機將煤塊磨制成沒分進入鍋爐燃燒，燃燒后其灰渣會掉入爐膛下面的渣池里，而飛灰則會被煙氣帶走，進入除塵裝置后，被捕捉下來;煤氣化產生的合成氣降溫后，大約有20%的燃料燃燒的灰分會被合成氣帶出氣化爐[4-6]，被帶出的這部分灰分就是氣化飛灰。此外，電廠飛灰和氣化飛灰經歷的生產工藝和燃燒氣氛都是不同的[7-9]，因此導致了兩種飛灰理化性質的差異。

本文利用激光粒度分析儀分別測定電廠飛灰和氣化飛灰的粒度分布，比較其物理性質上的差異;采用X射線熒光儀（XRF）和掃描電子顯微鏡（SEM-EDX）比較電廠飛灰和氣化飛灰在化學組成和微觀形貌特征上的差異，以此來深入探討電廠飛灰與氣化飛灰理化性質的差別。

1 實驗部分

1.1 原料

本文采用的電廠飛灰（DC）來自火電廠，氣化飛灰（QH）采自氣化爐。

1.2 測試儀器和方法

（1）飛灰的灰化學組成是由日本島津公司XRF-1800熒光儀測定;（2）測定飛灰粒度的激光粒度分析儀為丹東百特公司BT-2003型儀器;（3）飛灰的微觀形貌采用日本島津S-3000N型掃描電子顯微鏡（SEM-EDX）分析。

2 結果與討論

2.1 飛灰化學組成

表1為電廠飛灰（DC）與氣化飛灰（QH）的灰化學組成測定結果。

由表1可見，DC飛灰主要是由Si、Al組成，QH飛灰主要是由Si、Al、Fe、Ca組成，二者Ca、Ti、S等元素的含量差異較大。DC飛灰中Si、Al的總含量達到89.4%，這是因為火電廠采用的是固態排渣的方式，要求煤灰軟化溫度ST>1350℃，當煤灰中硅鋁含量大時，煤灰熔融溫度就會增高，不易結焦，從而解決電廠燃煤鍋爐結焦問題;QH飛灰中Fe、Ca的總含量達到14.58%，則是因為氣化爐采用液態排渣，需要使用煤灰流動溫度（FT）較低的煤進行氣化，以促使在推薦操作溫度下氣化爐獲得合適的渣流，而煤灰中堿性氧化物如氧化鐵、氧化鈣等含量高有利于降低煤灰熔融溫度[10-11]。

2.2 飛灰粒度分布

表2和表3分別為DC飛灰與QH飛灰粒度區間分布和粒度參數的比較情況。

由表2和表3可見，DC飛灰和QH飛灰的粒度分布幾粒度參數差異較大。DC飛灰的粒度分布區間為0～200μm，其主要分布于5～75μm，粒徑體積平均徑和中位徑（D50）分別為38.47μm和24.89μm;而QH飛灰的粒度主要分布在0～75μm的區間內，集中于0～5μm的區間內，粒徑體積平均徑和中位徑（D50）分別為6.630μm和2.245μm，均比DC飛灰數值低，說明DC飛灰的粒徑大于QH飛灰。這是由于電廠對入爐煤粉粒度的要求較低，而氣化爐要求入爐煤粉要有超過90%的煤粉粒度小于100μm[12-13]。

2.3 飛灰表觀形貌

圖中（a）為DC飛灰放大4000倍時微觀形貌圖像，（b）為QH飛灰為放大5000倍時微觀形貌圖像。煤在鍋爐中燃燒經過一系列復雜的物理化學反應形成了灰渣和飛灰，比較DC飛灰與QH飛灰的微觀形貌圖像可知，二者在微觀下均為表面光滑的球狀顆粒，且在大顆粒表面吸附著眾多的小顆粒，說明飛灰的黏附力較強[16]，但DC飛灰的顆粒明顯比QH飛灰大，此結果與粒度分布數據相符。

2.4 飛灰綜合利用展望

實現電廠飛灰和氣化飛灰的資源化利用不僅有利于能源的可持續利用，還可以將經濟效益、社會效益和環境效益有機地結合起來。但是，我國飛灰在利用過程中還存在方方面面的問題，例如飛灰的利用率較低、利用途徑少、灰的品質差、缺乏必要的監測和評價、可能引起二次污染問題等。目前除少部分飛灰用于農林土壤、建筑材料方面外，大部分飛灰則直接作填埋處理，這不但會增加企業的運營成本，還會造成環境污染問題。鑒于這種情況，開發飛灰的綜合和高附加值利用，促進發電和煤氣化產業的可持續發展則顯得尤為重要。